南水北调整穿黄倒虹吸输水工程水力试验的研究.pdfVIP

第四届全国海事技术研讨会文集 南水北调整穿黄倒虹吸输水 工程水力学试验研究 王才欢 黄国兵 (长江科学院，武汉430010) 摘要为解决穿黄倒虹吸输水工程输水能力、上下游衔接等问题，通过水工模型试验主要 研究丁倒虹吸隧洞及侧堰的过流能力．隧洞进出口流态及弯段的水头损失系数．确保输水隧漏及 南岸干渠安全运行的闸门允许开启区间以及隧洞糙率对闸门允许开启区间的影响．北岸干渠的消 能防冲等；通过数学模型计算研究了一孔闸门突然关闭对长输水管道的压力影响等．研究表明．穿 黄倒虹吸输水工程的水力学问题．通过工程措施是可以解决的。 关键词南水北调．穿黄倒虹吸．侧堰。水头损失系数，打流墩．消力池．折冲水流 0概述 南水北调中线工程是从湖北丹江口水库引水，经河南南阳、郑州、安阳至河北石家庄到北 4j亿m 渠全线年均调水近期为l 3，远景可达220亿m3。中线工程跨江、淮、黄、海四大平原，主 要解决京、津、冀、鄂城市生活和工业用水，兼顾农业及其它用水。具有水质好、自流供水的优 点。 为确保汉口水直送终点津、京地区，中线工程所采取的措施是：总干渠与沿途相交的各水 系立体交叉、互不干扰。穿黄倒虹吸隧洞是总干渠跨越黄河干流的交叉建筑物．是总于渠上规 模最大、技术最复杂、控制工期的关键工程。 穿黄工程列为一等工程，主要建筑物为一级。其工程布置为两条间距20m(洞中心线距 离)、直径7．4m的倒虹吸输水隧洞；主要包括；南岸干渠、沉沙池、明渠渐缩段、隧洞进口闸室、 隧洞进El弯段、等直径隧洞(3000m)、隧洞出口弯段，隧洞出口控制闸、明渠渐扩段以及北岸干 渠．工程布置示意图见图1、图2。 酷喇 图1芽黄倒虹吸输水工程平面示意图 穿黄工程的主体为～大型倒虹吸输水隧洞．其进出口段的局部水头损失涉及到隧洞的设 计断面大小·影响工程造价。进口流态关系到隧洞水流的稳定和安全运行。出口流态涉及北岸 ·6d】· 胤烨 圈2穿黄倒虹吸输水工程剖面示意图 干渠冲刷同题。针对上述情况．在L，=25的整体模型上进行了试验研究，在满足隧洞输水能力 的前提下．从工程措施和运行管理两方面入手基本解决了舅黄工程的水力学问题。 l 隧淘进出口弯段水头损失系数测量 穿黄倒虹吸隧洞进出口弯段均为龙抬头体型．其局部水头损失系数需经试验确定；对于即 定的弯遭．在水流雷诺数R，不太小和壁面糙度△不太大的情况下，一般认为局部水头损失系 率为0．014，其进出口弯段的局部水头损失系数应为常数。模型试验对进出口弯段的水头损失 进行了观测．量测的是弯段测压管水头差．鉴于弯段流程较短．为便于计算，将弯段的沿程水头 损失与局部水头损失一并考虑，其综合水头损失系数接下式定义： 。o ∈=榜 (1) ‘为综合水头损失系数，圩。为水头损失值，F为重力加速度，17为隧洞断面(D一7．4m) 平均流速。 模型试验的单管流量为103．5～336．0n15／s，根据试验资料计算的；～露．关系见图8。 试验表明．在相应于原型最大流量(0m口≤250m3／s)范围以内，隧洞进出1：2弯段(模型) 的水头损失系数随模型雷诺数R。．增大而减小．表明模型水流还未完全进入阻力平方区。当 模型加大流量到290m3／s(单管)左右时，即模型雷诺数大于3．5×】05时，进出口弯段的水头损 失系数与摸型雷诺数R。基本无关，进出口弯段的水头损失系数‘近似为常数，白。一0．j26． 缸口=0．337。 2倒圭二吸隧洞与侧堰过流能力 ：．1倒虹吸隧洞过流能力 穿黄副虹吸隧洞为有压管流，其过流能力 按下式计算： 。一圳。=协z+警㈣ h啪讲哺嘴 15 曲